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研究生: 李俊傑
Chun-Chieh Li
論文名稱: 雜質對奈米碳管束儲氫量影響之分子動力學研究
A molecular dynamic study of hydrogen storage for impurities embedded in carbon nanotubes
指導教授: 呂助增
Juh-Tzeng Lue
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 83
中文關鍵詞: 奈米碳管儲氫分子動力學
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  • 本文主要是針對燃料電池研發的核心問題 - 儲氫材料方面的研究。
    以奈米碳管作為儲氫媒介的時候,往往會有許多雜質存在碳管
    之中,而目前的碳管儲氫模擬文獻中,都是以完美碳管結構作為研究
    對象,沒有考慮到雜質的影響。而本文便是以分子動力學方法模擬雜
    質存在對多根單壁奈米碳管儲放氫氣的影響。
    本研究先在計算機中建構由(8,8),(10,10),(12,12),(22,0),(24,0)結構單壁奈米碳管組成的方陣排列單壁奈米碳管束,再以 Lennard-Jones potential (遠程吸引力) 作為氫氣和儲氫模擬系統中其他物質的作用勢能形式,探討雜質(鐵)數量在0,10,20,40,60個時物理吸附儲氫的情形。而在本文中也會改變熱力學環境變數-溫度、壓力,來探討奈米碳管束的釋氫能力,進而希望能夠提供以奈米碳管作為燃料電池儲氫媒介時的建議。
    從模擬結果顯示,多根奈米碳管系統之儲氫部位,主要是在碳管
    管壁之間。而雜質對奈米碳管束的釋氫重量百分比的引響不大,以將
    碳管從 100K低溫,15MPa 高壓加熱到323K,3MPa低壓時為例,釋氫重量百分比最大差別為 3.1 wt%。而同樣條件下,釋氫能力則是以管徑小的單璧奈米碳管表現較好,其釋氫量的極大值 13.6 wt %出現在
    無雜質的(10,10)結構多根單璧奈米碳管。


    摘要 …………………………………………………………………… I 致謝 …………………………………………………………………III 目錄 ……………………………………………………………………VI 第一章 緒論 1.1 前言………………………………………………………… 1 1.2 研究目的…………………………………………………… 7 1.3 論文架構…………………………………………………… 9 第二章 文獻回顧 2.1 奈米碳管特性簡介……………………………………… 10 2.2 奈米碳管的結構………………………………………… 12 2.3 氫氣……………………………………………………… 16 2.4 吸附理論………………………………………………… 17 2.5 奈米碳管儲氫性質……………………………………… 19 2.6 奈米碳管儲氫模擬……………………………………… 22 第三章 分子動力學理論 3.1 核心理論…………………………………………………27 3.2 勢能函數…………………………………………………28 3.3 截斷半徑法………………………………………………30   3.4 鄰近表列法 及 細胞連結表列法……………………… 31 3.5 微分迫近預測修正法…………………………………… 35 3.6 週期邊界條件及最小映像法則………………………… 38 3.7 系統速度初始化………………………………………… 41 3.8 分子動力學流程………………………………………… 42 第四章 奈米碳管束儲氫系統模型之建構 4.1 奈米碳管的結構………………………………………… 43 4.2 勢能函數………………………………………………… 44 4.3 儲氫量計算……………………………………………… 47 4.4 奈米碳管束系統模型…………………………………… 47 第五章 模擬結果與討論 5.1 壓力對奈米碳管束儲氫量之影響……………………… 50 5.2 碳管口徑對釋氫量之影響……………………………… 56 5.3 雜質對釋氫能力之影響………………………………… 59 5.4 數據比較…………………………………………………61 第六章 結論與未來方向 6.1 結論………………………………………………………66 6.2 未來方向…………………………………………………67 參考文獻…………………………………………………………… 68   附錄A………………………………………………………………… 75 附錄B………………………………………………………………… 79

    [1] 楊鉉台,"元智大學 化學工程學系 碩士論文 "
    [2] S. Orimo , A. Zuttel , L. Schlapbach , G. Majer , T. Fukunaga , H.Fujii,“Hydrogen interaction with carbon nanostructures: current situation andfuture prospects", Journal of Alloys and Compounds 356–357 ( 2003 )716–719.
    [3] A. C. Dillon et al., Proceedings of the 2000 U.S. DOE Hydrogen Proqram.
    [4] Y. Ye, C. C. Ahn, C. witham, and B. Fultz, “Hydrogen Adsorption and Cohesive Energy of Single-Walled Carbon Nanotubes", Appl. Phys. Lett.Vol. 74-16 ( 1999 ) 2307-2309.
    [5] Liu C., and Fan Y. Y., "Hydrogen Store in Single-Walled Carbon Nanotubes at Room Temperature", Science Vol. 286-5 ( 1999 ) 1127-1129.
    [6] Hongwei Zhu, Anyuan Cao, Xuesong Li, Cailu Xu, Zongqiang Mao, Dianbo Ruan, Ji Liang, and Dehai Wu, " Hydrogen adsorption in bundles of well-aligned carbon nanotubes at room temperature", Applied Surface Science Vol. 178 ( 2001 ) 50-55.
    [7] Dieter W. Heermann,“Computer simulation methods in theoretical physics ,"Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Germany,1986.
    [8] M. P. Allen and D. J. Tildesley,“Computer Simulation of Liquids,"Oxford University Press,New York,1987.
    [9] Haile, J. M.,“Molecular Dynamics simulation :elementary methods ,"John Wiely & Sons,Inc.,USA,1992.
    [10] J. H. Irving and J. G. Kirkwood, “The Statistical Mechanical Theory of Transport Properties. IV. The Equations of Hydrodynamics," J. Chem. Phys., Vol. 18, pp. 817-823, 1950.
    [11] B. J. Alder and T. E. Wainwright, “Phase Transition for A Hard Sphere System," J. Chem. Phys., Vol. 27, pp. 1208-9, 1957.
    [12] B. J. Alder and T. E. Wainwright, “Studies in Molecular Dynamics. I.General Method," J.Chem. Phys., Vol. 31, pp. 459-466, 1959.
    [13] L. Verlet, “Computer `Experiments' on Classical Fluids Ⅱ , Equilibrium Correlation Function," Phys. Rev, Vol. 165, pp. 201~14, 1968.
    [14] M.P.Allen and D.J. Tildesley, “Computer simulation of liquids“Clarendon, Oxford, 1987
    [15] D.C. Rapaport, Comput. Phys. Rep., Vol. 9, 1988, pp.1-53
    [16] C. W. Gear, “Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations ", Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1971, Chap. 9.
    [17] D. C. Rapaport, The Art of Molecular Dynamics Simulation, Cambridge University Press, London, 1997.
    [18] M. P. Allen and D. J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids, Oxford Science, London, 1991.
    [19] D. Frenkel and B. Smit, Understanding Molecular Simulation, Academic Press, San Diego, 1996.
    [20] Qinyu Wang, and J.Karl Johnson, “Optimization of Carbon Nanotube Arrays for Hydrogen Adsorption", J. Phys. Chem. Bvol. 103 , 1999, 4809-4813.
    [21] Yuchen Ma, Yueyuan Xia, Mingwen Zhao, Ruijin Wang, and Liangmo Mei, "Effective hydrogen storage in single-wall carbon nanotubes", Phys. Rev. B Vol. 63 ( 2001 ) 115422.
    [22] Yuchen Ma, Yueyuan Xia, Mingwen Zhao, and Minju
    Ying, "Structures of hydrogen molecules in single-wall carbon nanotubes", Chemical Physics Letters Vol. 357 ( 2002 ) 97-102.
    [23] Yuchen Ma , Yueyuan Xia , Mingwen Zhao , and Minju Ying, "Hydrogen storage capacity in single-wall carbon nanotubes", Phys. Rev. B Vol. 65 ( 2002 ) 155430.
    [24]Rappe ,A.K ; Casewit ,C.J. ; Colwell ,K.S ; Goddard ,W.A. ; Skiff ,W.M. J. Am.Chem.Soc.1992 ,114 :10024
    [25] Seung Mi Lee , Ki Soo Park, and Young Chul Choi, "Hydrogen Adsorption and Storage in Carbon Nanotubes", Synthetic Metals Vol. 113, 2000, 209–216.
    [26] Y.Nan and Vincenzo , “Carbon nanotube caps as spring : Molecular dynamics simulations", Phys. Rev. B 58 (19) ,12649 (1998)
    [27] 陳東瑩,"國立清華大學 電子工程研究所 碩士論文 "
    [28] 苗新元,"國立清華大學 工程與系統科學研究所 博士論文"
    [29] 王丞浩,"國立清華大學 材料科學工程研究所 博士論文" 
    [30] 朱訓鵬,"國立成功大學 機械工程研究所 博士論文 "
    [31] 彭志維,"國立清華大學 物理學研究所 碩士論文 "
    [32] 吳沛勳,"國立清華大學 電子工程研究所 碩士論文 "
    [33] 廖述杭,"國立清華大學 化學工程研究所 碩士論文 "
    [34] 郭政肇,"國立清華大學 材料科學工程研究所 碩士論文"
    [35] 林弘凡,"國立清華大學 化學工程研究所 碩士論文 "
    [36] 詹育全,"國立清華大學 工程與系統科學研究所 碩士論文 "
    [37] 吳彥然,"國立清華大學 材料科學工程研究所 碩士論文"
    [38] 張鳳寶,"國立成功大學 機械工程研究所 碩士論文 "
    [39] 鄭天倪,"國立成功大學 機械工程研究所 碩士論文 "  
    [40] 新能源時代の DMFC/直接甲醇燃料電池原理、應用與實作 旗威科技有限公司,勝光科技股份有限公司合著
    [41] 燃料電池/原理與應用/Fuel cells:the principles and applications 衣寶廉編著
    [42] 燃料電池之特性與運用/兼論臺灣燃料電池產業之發展 左峻德著
    [43] Fortran 95程式設計 彭國倫著
    [44] Fortran 90/95與視覺化程式設計[第二版] 逸奇科技編著
    [45] “Interaction energy of argon dimer", R. A. Aziz, J. Chem. Phys., vol. 99, 4518 (1993)

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